数字孪生（预测性维护）

数字工厂工作台左侧“专业软件 → 数字孪生”。卖出去的每一台 WQR-105 减速器在这里都有一个“分身”：它的出厂数据（工单、输出轴序列号和检测值、设计版本、跑合记录）、持续收到的现场运行数据（转矩、转速、油温、振动），和前几轮已经有的寿命模型（轴承 L10、输出轴疲劳、热平衡油温、润滑油）。平台用它们算“用掉了多少、还剩多少、哪里快坏了、该做什么”，报警、开维修单进 ERPNext，并把整个机队的实际载荷反馈给设计。

配套实验：实验 13 减速器数字孪生与预测性维护，页面右上角可下载指导书和报告模板（Word），课程接口里也有链接。

一、孪生从哪来

出厂建档：跑合试验台做完一台 WQR-105（发出转矩记录）就建孪生；装配用的输出轴按先进先出分配一根检验合格的 SH-301，记下它的 6 项检测值；设计版本取当时输出轴的现行参数。3 个现场日后（运输、安装）开始在客户处运行，三类客户轮流分配。
情景设备：教学模式第一次启动（或重置实验 7 情景）时，已有 12 台在三类客户处运行 3–30 个月的设备，其中矿山一台轴承正在损坏、港口一台散热变差、港口一台换油过期。
真设备：没建档的序列号发来数据也收，自动建一个“现场接入”的档（见第六节）。

二、现场数据

现场的采集器每个现场日上报一条“运行摘要”（总线消息 twin.telemetry，主题 wq/gearbox/field/<序列号>/telemetry）：运行小时、起动次数、输入转速、平均 / 最大转矩、转矩雨流计数、转矩—小时分布、环境温度、平均 / 最高油温、振动烈度。

教学模式下客户现场是模拟的：三类客户（矿山皮带机、港口输送、食品厂包装线）按各自的工况生成数据，同一台同一天每次一样。现场时钟默认 1 分钟 = 1 个现场日；30 分钟没人看“数字孪生”页会自动停，有人打开就从停的地方接着走。

三、看一台

左边是机队：红（严重）、黄（警告）、绿（正常），可按客户筛选、按健康度 / 剩余寿命排序。点一台，右边是它的分身：

报警：标题、数据说明、原因与依据、建议，以及“开维修单”按钮。
三维健康图：按真实尺寸画的三根轴、四个齿轮（分度圆）、六个轴承、箱体；轴承按已用寿命着色（振动报警的那个标红），输出轴按疲劳着色，箱体按油温残差和换油着色。鼠标停上去看数。
五张卡片：最先到期的轴承（已用 L10、约剩多久）、输出轴疲劳、换油、油温实测 − 模型、振动烈度（ISO 10816-1 分区）。
曲线（最近 30 / 90 / 365 天）：油温实测、热平衡模型、环境温度；振动（带 A–D 分区底色）；转矩平均 / 最大（额定线）。
六个轴承表：型号、C、额定工况下的径向力和 L10、已用、约剩。
假如：负载 50–130%、轴端加风扇（散热系数 17.45 → 31）、输出轴换 40Cr → 最先到期的轴承、输出轴、换油间隔、平均油温，现在 vs 假如（按最近 30 个现场日的实测工况重算）。
出厂数据、维修与报警记录。
请 AI 说说这台怎么了：用到模型时次数计入每人每小时的 AI 上限；没配模型时用规则写。

四、报警规则

报警	条件	说明
散热变差	油温比热平衡模型高（平滑后）> 6 ℃ 警告、> 12 ℃ 严重	振动正常 → 风扇、积灰、通风、油少；振动也在上升 → 先查轴承
油温高（工况）	最高油温 > 90 ℃ 但和模型一致	不是故障，建议加风扇或降载
轴承早期损坏	振动 ≥ 1.8 mm/s（C 区）且最近 7 天在上升；≥ 4.5（D 区）严重	指向模型里消耗最高的轴承，估算几天进 D 区
过载	最近 7 天平均转矩 > 额定	冲击多（30 天里 ≥ 10 天超过 2 倍额定）只作提示
轴承寿命	已用 L10 ≥ 80% 警告、≥ 100% 严重	建议计划停机时预防性更换
输出轴疲劳	Miner 损伤 ≥ 50%	探伤、复核设计
换油	过期警告、14 天内到期提示	当量小时：油温 70 ℃ 以上每高 10 ℃ 按 2 倍计

新出现的报警会发 AI 提醒（看板、AI 工厂助手里能看到），升级的再提醒，消失的自动关闭。

五、维修闭环

报警上点“开维修单”（或“开维修单：换油”），看预览：标题、优先级（严重的为“紧急”）、设备、诊断、依据、要做什么。
确认开单：经桥接写进 ERPNext 的服务工单（Issue），设备序列号在自定义字段“设备序列号”里；报警标“已派单”。
修完后在维修单上写维修记录，点“维修完成”：孪生里对应寿命复位（换轴承 → 该轴承归零；换油 → 当量小时归零；清洁散热 → 残差归零），模拟现场里对应的故障消失，报警变“已解决”，ERPNext 的服务工单改为 Resolved 并写上处理结果。

六、接入真设备

现场采集器（ESP32、PLC 网关等）每天用 HTTPS 发一条运行摘要：

POST https://factory.<域名>/api/twin/telemetry
Authorization: Bearer <WQ_TWIN_DEVICE_KEY>
Content-Type: application/json

{"serial": "WQR105-2610-01", "day": "2026-10-04", "period_h": 24, "run_h": 15.2, "starts": 6, "n_in_rpm": 1450,
 "torque_mean_nm": 298, "torque_max_nm": 610, "t_amb_c": 22.5, "oil_t_c": 71.3, "oil_t_max_c": 76.0, "vib_mm_s": 0.82,
 "rainflow": [[305, 305, 6], [30, 300, 27000]], "load_hist": [[275, 3.8], [300, 7.6], [325, 3.8]]}

钥匙 WQ_TWIN_DEVICE_KEY 在服务器 /opt/wenquest/factory/.env 里（部署时自动生成）；没有钥匙的请求一律拒绝。
格式和模拟器发的一样；不合格式的返回 422 并说明哪个字段不对；同一台旧日期、重复的数据不再累加。
试发：python tools/twin_device.py --hub https://factory.<域名> --key <钥匙> --serial REAL-0001 --days 3（在仓库 factory/digital/ 下运行）。

七、机队数据反馈设计

页面底部“机队数据反馈设计”按客户汇总最近一年：平均每天运行小时、平均转矩、轴承当量转矩（立方平均）占额定的比例、日最大转矩 P95、卡料天数、最先到期的轴承和每年用掉 L10 的比例，并给设计建议（例如矿山客户中间轴换 6306）。“把现场结论带到设计台”：设计台填好现行参数和这段说明（不发布）。

八、机械臂关节孪生

页面底部“机械臂关节孪生”：选一次已完成的“运动与动力分析”计算（一个搬运循环），填每天运行小时，建孪生。平台按电机选型助手自动选的谐波减速器（安全系数 1.2），用样本的寿命公式 L10 = 7000 h ×（额定力矩 / 平均负载力矩）³ ×（2000 / 平均输入转速）算每个关节，按每天运行小时累计（每天负载在 ±10% 内变，按 3 次方折算），看哪个关节先到期。

九、老师控制台

页面右上角（只有老师看得到）：现场时钟（停住、1 / 3 / 10 / 30 天每分钟）；每台现在的故障；给任何一台“制造”故障（散热变差、轴承损坏、过载）或清除。故障从当前现场日开始生效，学生只能从数据里发现。

十、限制

现场数据目前是模拟的；真设备接入口已有，等试点企业或实验室设备。
轴承用基本额定寿命 L10（没有 ISO 281 的润滑、污染修正），不算齿轮本身的寿命；受力布置是简化的（两支点简支、三轴同平面）。
振动只用一个振动烈度值，不做频谱分析。
机械臂关节孪生按同一个搬运循环重复，不接真机器人的数据。